水氮耦合对滴灌冬小麦光合特性、产量及水氮利用效率的影响

旨在明确水氮耦合对滴灌下超高产冬小麦光合特性和产量的影响。本研究采用裂区试验,研究了3种灌水量2775 m3/hm2(W1)、3900 m3/hm2(W2)、4350 m3/hm2(W3)水平与3 种施氮量0 kg/hm2(N0)、180 kg/hm2(N1)、270 kg/hm2(N2)水平对‘新冬41 号’旗叶叶绿素和可溶性蛋白质含量、光合速率、水分利用效率以及产量的影响。结果表明,水氮同时增加对花后旗叶叶绿素和可溶性蛋白含量、旗叶光合速率,水分利用效率和产量的提高比仅增加水或氮的作用更大,均以W2N2、W3N2处理花后旗叶叶绿素（分别较W1N0增加44.5%、41.2%）和可溶性蛋白含量（分别较W1N0增加20.8%、16.85%）、光合速率（分别较W1N0增加46.4%、54.5%）、水分利用效率（分别较W1N0 增加31.9%、34.7%）和产量（分别较W1N0 增加19.05%、20.86%）较高,W2N2、W3N2处理的旗叶光合性能大幅度提高是其产量较高的重要原因。综合水氮利用效率,W2N2(3900 m3/hm2、270 kg/hm2)是本试验条件下冬小麦产量近9000.0 kg/hm2的水氮高效运筹模式。     

施氮量对滴灌冬小麦光合特性、产量及氮素利用效率的影响

在田间研究了5 种施氮量N0 (0 kg/hm2)、N1 (90 kg/hm2)、N2 (180 kg/hm2)、N3 (270 kg/hm2)、N4(360 kg/hm2)处理对‘新冬18 号'旗叶光合特性、干物质积累、产量及氮素利用效率的影响。结果表明：拔节期增加施氮量,增加孕穗期旗叶的叶绿素和可溶性蛋白质含量、光合速率、叶面积指数、春季总光合势。孕穗期施氮肥延缓旗叶叶绿素和可溶性蛋白含量、光合速率、叶面积指数的衰减;孕穗后均以N3、N4的旗叶叶绿素和可溶性蛋白质含量、光合速率、叶面积指数、春季总光合势较高,干物质积累量和产量也以N3、N4较高。随施氮量的增加干物质积累量和产量增加,氮肥利用效率降低。在本试验条件下增加施氮量使旗叶叶绿素和可溶性蛋白含量、光合速率、叶面积指数增加及其功能期的延长是‘新冬18号’增产的主要原因。综合考虑施氮量在180~270 kg/hm2范围内,氮肥农学利用效率为6.9 kg/kg,可满足‘新冬18号’产量为8004.85 kg/hm2的需要。     

控释氮肥对棉花产量的影响及光合特性的研究

在大田条件下,以普通尿素常规施肥量(N 150 kg.hm-2)为对照,研究了控释氮肥不同用量和不同施用方法对棉花光合特性和产量的影响,结果表明:控释氮肥处理可提高中后期棉叶叶肉细胞PSⅡ实际光化学效率(ФPSⅡ)和PSⅡ潜在光化学活性(Fv/Fo),改善叶肉细胞的光合能力,提高叶片光合效率,从而提高群体光合效率,增加单株结铃数和铃重。和对照比,控释氮肥各处理子棉产量和肥效表现:(1)等氮量(施N 150 kg.hm-2)基施处理极显著增产10.3%,肥效提高10.2%;(2)等氮量(施N 150 kg.hm-2)1∶1基追施处理极显著增产22.5%,肥效提高22.4%;(3)施氮120 kg.hm-21∶1基追施处理极显著增产12.3%,肥效提高40.3%;(4)施N 120 kg.hm-2基施处理增产3.2%,肥效提高29.4%。     

控释尿素水氮耦合对夏玉米产量和光合特性的影响

采用旱棚盆栽试验,以郑单958为材料设置3个水分水平(正常水分W3、轻度水分胁迫W2、重度水分胁迫W1)和高氮N3(施纯氮315 kg hm–2)、中氮N2(施纯氮210 kg hm–2)、低氮N1(施纯氮105 kg hm–2)、不施氮N0四个控释尿素施氮水平,探讨控释尿素水氮耦合对夏玉米产量和光合特性的影响。结果表明,控释尿素水氮耦合对夏玉米产量和光合特性具有显著影响。相同水分条件下,夏玉米产量随施氮量增加而增加,W1条件下增产13.17%~20.96%,W2条件下增产13.93%~32.48%,W3条件下增产14.37%~21.83%。相同施氮水平下,产量也随水分增加而增加,W2N3、W3N2和W3N3的产量在所有处理中较高。水氮耦合对夏玉米穗位叶净光合速率的影响显著,W1条件下N3、N2和N1处理间差异不显著,均显著高于N0,W2、W3各施氮处理的净光合速率随施氮量增加而增加,W3各处理的平均净光合速率高于其他2个水分处理,W2N3比W3N3和W3N2前期略低,后期无显著差异。水氮耦合效应能有效减缓穗位叶的实际光化学效率ΦPSII、叶片光化学猝灭系数qP以及PSII反应中心的最大光能转换效率的下降速率,提高光能利用率。控释尿素水氮耦合能有效提高夏玉米花后穗位叶净光合速率,保证籽粒对营养物质的需求,提高穗位叶实际和最大光化学效率,从而提高夏玉米的产量,产量构成因素中增加千粒重和穗粒数的优势较大。综合产量与光合特性、荧光特性的表现,在田间持水量为75%±5%的土壤条件下,控释尿素施氮量以纯氮210 kg hm–2为最佳;在田间持水量为55%±5%的土壤条件下,控释尿素施氮量以纯氮315 kg hm–2为宜。     

氮肥与精量秸秆还田对冬小麦花后光合特性及产量的影响

为了确定旱地小麦秸秆还田量与氮肥的施用量,在青岛农业大学胶州试验站设不同的秸秆还田量与氮肥处理。研究了精量秸秆还田与施氮量对冬小麦光合特性以及产量的影响。结果表明,与单施N肥处理相比较,适量的秸秆还田能明显提高冬小麦叶绿素SPAD值,延缓旗叶衰老,改善旗叶光合性能,提高小麦千粒质量,但明显降低有效穗数。在同一秸秆还田下高水平氮比低水平氮处理的冬小麦旗叶衰老速度要慢、光合时间更长、产量也明显增多。在施氮225 kg/hm2(N2)下秸秆还田9 000 kg/hm2(J3)比其余处理可明显延缓旗叶衰老、提高光合速率、降低气孔导度、提高蒸腾速率,增加千粒质量。在该地区最具优势的氮肥与秸秆还田量是N2J3处理。     

水分运筹对豫北冬小麦生育后期光合特性及产量的影响

为探讨豫北地区冬小麦合理的水分运筹模式,以‘周麦18’为供试材料,设置了全生育期不浇水（CK）、越冬水（W1）、越冬水＋拔节水（W2）和拔节水（W3）4种水分运筹方式,研究了水分运筹对冬小麦生育后期旗叶光合特性及籽粒产量的影响。结果表明,W3处理下,小麦生育后期,旗叶气孔导度和光合速率较高,蒸腾作用和胞间CO2浓度较低。从产量因素来看,W3处理下的有效穗数及穗粒数均较高,最终产量（10183.4 kg/hm2）显著高于其它处理。因此,在豫北地区,足墒播种的基础上,小麦生育期灌拔节水有利于提高籽粒的产量和水分利用效率。     

不同施氮量对冬小麦光合生理指标及产量的影响

为了探索不同施氮量对冬小麦光合生理指标及产量的影响,在中国农业科学院作物科学研究所北京试验基地,以3个强筋冬小麦品种藁优2018（C1）、师栾02-1（C2）、石优20（C3）和1个中筋冬小麦品种济麦22（C4）为试验材料,设置0、180、210、240、270kg/hm ² 5个氮肥处理,分别用N0、N180、N210、N240、N270表示。结果表明：N240处理下不同冬小麦品种的旗叶净光合速率、SPAD值、旗叶长度、旗叶宽度,叶面积指数、归一化差值植被指数、籽粒产量及其构成因素等指标均达到最高值,且显著高于不施氮肥的处理,但与N270处理间无显著差异。综合考虑光合生理、植株性状、产量构成因素等指标,施氮量240kg/hm ²是充分发挥不同冬小麦品种植株光合性能及产量潜力的适宜施氮水平。     

拔节期氮肥运筹对不同滴灌量下冬小麦光合特性及产量的影响

为探明拔节期氮肥运筹对不同滴灌量下冬小麦光合特性及产量的影响,在大田滴灌技术条件下,以‘新冬41号’为试验材料,研究4种拔节期氮肥运筹处理[N0(0 kg/hm²)、N1(90 kg/hm²)、N2(180 kg/hm²)、N3(270 kg/hm²)]对3种不同滴灌量[W1(1500 m³/hm²)、W2(3000 m³/hm²)、W3(3450 m³/hm²)]下冬小麦叶绿素含量（SPAD值）、叶面积指数(LAI)、叶片光合特性及产量的影响。结果表明,在3种滴灌量下各氮肥处理冬小麦拔节至乳熟期叶片SPAD值均呈“先增后降”的变化规律,最大值均在灌浆期;LAI呈现“先增后降”的变化规律,在孕穗期达最大。在同一施氮水平下,滴灌量增加,叶片的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)均增加,而胞间CO₂浓度(Ci)则降低。滴灌量较低时（W1处理）,增加拔节期施氮量能有效提高滴灌冬小麦的有效穗数、穗粒数、千粒重、产量和收获系数;水分充足时（W2、W3处理）,增加拔节期施氮量反而不利于产量的提高。综合考虑各项产量指标及氮肥利用效率得出,在滴灌量3000 m³/hm²条件下,拔节期施氮量180 kg/hm²时,滴灌冬小麦籽粒产量较高,氮肥利用率最大,可供生产参考。     

麦季氮肥运筹对冬小麦–夏玉米种植体系物质生产及氮肥利用的影响

2009-2011年在山东临沂冬小麦-夏玉米生产田,探讨了麦季施氮水平和施氮时期对两季作物干物质积累与分配、籽粒产量、氮肥农学利用率和氮肥偏生产力的影响。施氮量设4个处理,分别是0 (N0)、168.75 (N1)、225 (N2)和281.25 kg hm^-2 (N3);氮肥追施时期设2个处理,分别为拔节期(S1)和拔节期+开花期(S2)。在S1条件下,冬小麦和夏玉米的籽粒干物质积累量及夏玉米和周年生物产量均表现为N3>N2>N1,冬小麦和夏玉米的籽粒产量N2和N3处理间无显著差异;氮肥农学利用率和氮肥偏生产力在麦季随施氮量增加显著降低,而在玉米季则逐渐升高,但玉米季氮肥偏生产力N3与N2处理间无显著差异。S2条件下麦季施氮量由N2处理增加25% (N3),冬小麦和夏玉米籽粒干物质积累量、生物产量和籽粒产量无显著变化,氮肥农学利用率和氮肥偏生产力在麦季显著降低、在玉米季无显著变化。与S1相比,S2有利于提高N1和N2条件下冬小麦籽粒与营养器官的干物质积累量、生物产量、籽粒产量和氮肥农学利用率及氮肥偏生产力,但对N3条件下的这些指标无显著影响;而在玉米季,3个施氮量水平下夏玉米的各项指标均显著升高。综合周年生物产量、籽粒产量和氮肥农学利用率及氮肥偏生产力结果,麦季总施氮量225 kg hm^-2及拔节期+开花期追氮是本试验条件和种植模式下的最佳麦季氮肥运筹模式。     

施氮量对济麦20旗叶光合特性和蔗糖合成及籽粒产量的影响

在田间高产条件下,研究了施氮量对强筋小麦品种济麦20旗叶光合特性、蔗糖合成及籽粒产量的影响。结果表明,在0～168 kg hm^-2施氮量范围内,随施氮量的增加,旗叶蒸腾速率提高,气孔导度增大,细胞间隙二氧化碳浓度降低,旗叶净光合速率与蔗糖磷酸合酶活性显著提高,从而促进旗叶蔗糖合成,提高生物产量、籽粒产量和氮肥利用率;施氮量增加至240 kg hm^-2,旗叶净光合速率、蔗糖磷酸合酶活性、蔗糖含量和生物产量显著提高,但收获指数降低,籽粒产量和氮肥利用率无显著变化。施氮量继续增加至275 kg hm^-2,旗叶蒸腾速率、气孔导度、气孔限制值和净光合速率均显著降低,细胞间隙二氧化碳浓度则显著升高,旗叶光合作用受非气孔限制,蔗糖磷酸合酶活性、蔗糖含量、生物产量和收获指数均显著降低,籽粒产量减少,氮肥利用率降低。在本试验条件下,济麦20的适宜施氮量为168~240 kg hm^-2。     

灌水对节水小麦“衡观35”产量、蛋白质含量及光合性能的影响

水分是限制小麦产量和品质提高的关键因素。为探究不同时期灌水对冬小麦产量、农艺性状、籽粒品质及光合性能的影响，在自动防雨水肥控制池中设置4个春季水分处理：不灌水(对照，W1)、仅拔节期灌水1050m³/hm²(W2)、仅开花期灌水1050m³/hm²(W3)和拔节期525m³/hm²⁺开花期525m³/hm²(W4)。结果表明，W1处理籽粒蛋白质含量最高，W2处理蛋白质产量最高，W3处理籽粒产量最高，W4处理光合性能最稳定。与W1处理相比，灌水影响小麦旗叶的光合性能，使其净光合速率、气孔导度、胞间CO₂浓度和蒸腾速率增大；拔节期灌水可增加叶片叶绿素含量，促进植株干物质积累，提高籽粒蛋白质产量，通过增加单位面积穗数和穗粒数而增加生物产量；开花期灌水促进籽粒长、宽增大，增大库容量，通过增加粒重而提高籽粒产量。通过比较拔节期灌水后至开花期未灌水前W1、W4和W2处理发现，灌水使最大净光合速率和光饱和...     

灌水时期和灌水量对小麦耗水特性和旗叶光合作用及产量的影响

在2004—2005和2005—2006小麦生长季,以济麦20、泰山23和泰山22为试验材料,研究了不灌水(W0)、拔节水60 mm (W1)、拔节水60 mm+开花水60 mm (W2)和拔节水60 mm+开花水60 mm+灌浆水60 mm (W3) 4个灌水处理条件下小麦耗水特性、旗叶光合作用和产量变化。结果表明,2004—2005生长季,济麦20和泰山23均以W2处理籽粒产量最高,耗水量和灌水效率分别高于和低于W1处理;两品种的水分利用效率均以W1和W2处理高于其他处理,其中济麦20的W1和W2处理无显著差异,而泰山23的W1处理高于W2处理。2005—2006生长季,济麦20和泰山22分别以W1和W2处理获得最高籽粒产量,两处理的耗水量(451.3 mm和459.2 mm)无显著差异;两品种的水分利用效率均以W0处理最高,W3处理最低,其中济麦20的W1处理高于W2处理,而泰山22在两处理间无显著差异。随灌水量的增加,土壤供水量和降水量占总耗水量的百分率降低,灌水量占总耗水量的百分率增大。济麦20的W0处理的旗叶光合速率和磷酸蔗糖合成酶活性在灌浆初期与W1和W2和W3处理无显著差异,灌浆中后期显著降低,但W0处理有利于蔗糖向籽粒转移,灌浆后期旗叶中蔗糖滞留较少,这是W0处理的粒重显著高于其他处理的生理原因之一。综合考虑籽粒产量、水分利用效率和灌水效率,在未灌底墒水条件下,济麦20和泰山23以拔节水灌60 mm或拔节水和开花水各灌60 mm为节水高产的模式;在灌底墒水60 mm条件下,济麦20以拔节水灌60 mm、泰山22以拔节水灌60 mm或拔节水和开花水各灌60 mm为节水高产的模式。     

限量补灌对旱地高产田小麦光合和产量的影响

在多年创高产旱地条件下,研究了不同补灌处理对旱地高产田小麦光合特性和产量的影响。结果表明：增加补灌次数和补灌量,小麦旗叶叶绿素含量、光合速率、气孔导度、蒸腾速率升高,胞间CO2浓度降低,光合功能持续期延长,产量和产量构成因素增加,以补灌3水（越冬＋拔节＋灌浆）处理W4效果最佳,但产量和2水（拔节＋灌浆）处理W3没有显著差异。随着补灌次数和补灌量继续增加,W5、W6改善旗叶光合衰退的效果主要表现在后期,对产量提高的贡献并不大,相对与2水、3水处理,开始产生负效应,产量和产量构成因素千粒重、穗粒数反而下降。综合考虑产量和水分利用效率等因素,在本旱地高产试验田．拔节期、灌浆期2水补灌120mm的W3处理是最经济高效的补灌方案。     

不同土层测墒补灌对小麦旗叶光合特性和干物质积累与分配的影响

2011-2012和2012-2013年连续2个小麦生长季,在大田条件下,设置0~20 cm (D1)、0~40 cm (D2)、0~60 cm (D3)和0~140 cm (D4) 4个土层测定土壤含水量,以各土层平均土壤相对含水量拔节期65%和开花期70%为目标相对含水量,全生育期不灌溉为对照处理 (D0),研究依据不同土层的土壤含水量测墒补灌对小麦旗叶光合特性和干物质积累与分配的影响。结果表明：D2的开花期叶面积指数和单位土地面积上旗叶叶面积、开花后7 d和14 d的旗叶净光合速率和实际光化学效率均高于其他处理,而气孔限制值低于其他处理;D2的成熟期干物质积累量、开花后干物质向籽粒的分配量和开花后同化物分配对籽粒的贡献率亦高于其他处理。两年度D2的籽粒产量分别为9367.4 kg hm^-2和9727.5 kg hm^-2,均显著高于其他处理;同时,D2的水分利用效率高于D0、D3和D4处理,与D1处理无显著差异。因此,于小麦拔节期和开花期依据0~40 cm土层的土壤含水量测墒补灌是同步实现高产和高水分利用效率的有效措施。     

亏缺灌溉下小麦水分利用效率与光合产物积累运转的相关研究

在大田栽培条件下,以小麦旱地品种晋麦47和西峰20、水旱兼用型品种石家庄8号和水地品种4185为材料,分别进行0水(T0)、一水(T1)和二水灌溉(T2)处理(每次灌水量60mm),研究了光合速率、叶面积指数、干物质积累与分配、根系分布、耗水量、产量因子与水分利用效率(WUE)的关系。结果表明,在拔节前不灌溉,拔节到开花期亏缺灌溉,促进干物质积累和深根发育。随着灌溉水的增加,耗水量显著增加,产量和WUE与耗水量呈二次曲线关系。T0处理显著减少了干物质积累和成穗数,产量、经济系数(HI)和WUE最低。T1和T2产量的提高主要是增加了穗数和穗粒数。灌浆期水分亏缺降低了光合速率(Pn)和气孔导度(Gs),加速了功能叶片的衰老,但诱导了花前储存碳库的再转运,显著提高了HI和产量。因此,在拔节和开花期亏缺灌溉促进根系生长,提高了土壤水分的利用效率。而产量和产量WUE的提高主要是由于增加了灌浆期叶片的Pn和光合功能持续期,促进花前储存碳库的再转运,显著提高了HI。     

亏缺灌溉下小麦水分利用效率与光合产物积累运转的相关研究

在大田栽培条件下,以小麦旱地品种晋麦47和西峰20、水旱兼用型品种石家庄8号和水地品种4185为材料,分别进行0水（T0）、一水（T1）和二水灌溉（T2）处理（每次灌水量60 mm）,研究了光合速率、叶面积指数、干物质积累与分配、根系分布、耗水量、产量因子与水分利用效率（WUE）的关系。结果表明,在拔节前不灌溉,拔节到开花期亏缺灌溉,促进干物质积累和深根发育。随着灌溉水的增加,耗水量显著增加,产量和WUE与耗水量呈二次曲线关系。T0处理显著减少了干物质积累和成穗数,产量、经济系数（HI）和WUE最低。T1和T2产量的提高主要是增加了穗数和穗粒数。灌浆期水分亏缺降低了光合速率（P_n）和气孔导度（G_s）,加速了功能叶片的衰老,但诱导了花前储存碳库的再转运,显著提高了HI和产量。因此,在拔节和开花期亏缺灌溉促进根系生长,提高了土壤水分的利用效率。而产量和产量WUE的提高主要是由于增加了灌浆期叶片的P_n和光合功能持续期,促进花前储存碳库的再转运,显著提高了HI。     

拔节期补灌对两种土壤质地上冬小麦旗叶衰老特性和籽粒产量的影响

为明确不同质地土壤条件下,拔节期补灌对冬小麦旗叶衰老特性、光合速率、籽粒产量和水分利用效率的影响,2013-2014和2014-2015冬小麦生长季,在粉壤土和沙壤土地块进行补灌试验,以全生育期不灌水处理(D0)为对照,设4个灌水处理,分别是拔节期目标湿润层为0~10 (D1)、0~20 (D2)、0~30 (D3)和0~40 cm (D4),目标相对含水量均为100%,4个灌水处理开花期补灌水量均以0~20 cm土层相对含水量达100%为目标。结果显示,随目标湿润层深度增加,两种质地土壤地块小麦拔节期补灌水量均明显增加,开花期补灌水量变化较小。随拔节期灌水量的增大,开花后小麦旗叶可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶活性、过氧化氢酶活性、旗叶光合速率均呈升高趋势,丙二醛含量呈下降趋势;粉壤土条件下D3与D4无显著差异,沙壤土条件下D2、D3和D4处理间无显著差异。随着拔节期目标湿润层深度的增加,两种土壤质地的麦田耗水量和籽粒产量均呈增加趋势,D4与D3处理间籽粒产量无显著差异;而水分利用效率则呈先升后降趋势,D4显著低于D3或D2处理。在本试验条件下,根据某一深度土层土壤饱和水亏缺量进行补灌,无论是粉壤土还是沙壤土,拔节期均以补灌至0~30 cm土层相对含水量达100%为最佳,有利于延缓旗叶衰老,提高光合速率,并可获得较高的籽粒产量和水分利用效率。     

不同底墒条件下补灌对冬小麦耗水特性、产量和水分利用效率的影响

我国黄淮平原水资源紧缺,而且年际间降水量及其时间分布存在较大差异,探明不同底墒条件下补充灌溉对冬小麦产量和水分利用效率的调节效应及其生理基础,可为该地区冬小麦节水高产栽培提供理论和技术支持。2013—2014和2014—2015年冬小麦生长季,在播种期0~100 cm土层土壤贮水量分别为201.5(A)、266.3(B)和317.0mm(C)3种底墒条件下,各设置4个补灌水处理,包括不灌水、拔节期+开花期补灌、越冬期+拔节期+开花期补灌、播种期+拔节期+开花期补灌,研究不同处理冬小麦耗水特性、旗叶光合、干物质积累与分配、产量及水分利用效率的差异。结果表明,冬小麦生育期总耗水量和土壤水消耗量均随播种期底墒的提高而增加。在底墒A和B条件下,冬小麦主要消耗降水和灌溉水。提高播种期补灌水平或于越冬期补灌,冬小麦在底墒A条件下对土壤水的消耗量显著增加,在底墒B条件下对土壤水的消耗量显著减少。在底墒C条件下,冬小麦耗水以土壤水为主,其次为降水,再次为灌溉水;播种期或越冬期补灌显著增加生育期总耗水量,对土壤水消耗量则无显著影响。于播种期、拔节期和开花期补灌,冬小麦在底墒A条件下可获得较高的籽粒产量,但水分利用效率较低;在底墒B条件下籽粒产量和水分利用效率均较高;在底墒C条件下,仅于拔节期和开花期补灌即可获得高产和高水分利用效率,播种期和越冬期无需补灌。综上所述,播前底墒是实施冬小麦合理补灌的重要依据。